Как работает жпс. Краткие субъективные заметки пользователя GPS. Несколько слов от разработчика программы

GPS (сокращение от английского Global Positioning System — система глобального позиционирования) — это спутниковая система навигации, работающая во всемирной системе координат WGS 84. GPS позволяет определять местоположение и скорость объектов практически в любом месте Земли. Интересно, что система была разработана и реализована Министерством обороны США, однако в настоящее время используется и для гражданских целей. Россией был создана своя собственная спутниковая система навигации, которая называется и мы о ней уже писали. Системы работают аналогично, однако спутники ГЛОНАСС имеют большую стабильность.

Некоторое время назад GPS в телефонах использовался редко, а потому представлял из себя некую диковинку, которой можно было удивлять людей. Но те времена давно прошли и сегодня нужно хорошенько потрудиться, чтобы найти смартфон, в котором отсутствует поддержка GPS.

Для чего нужен GPS в телефоне/смартфоне/планшете?

GPS используется в первую очередь для определения местоположения устройства. Уже исходя из этого, пользователь может понимать, где находится в данный момент. На этом принципе основаны навигационные карты, которые используются, к примеру, автолюбителями. А вкупе с интернетом карты могут показывать не только местоположение устройства и путь к цели, но и загруженность дорог. Яркий пример — Яндекс.Карты.

Смартфоны с GPS используются не только простыми автомобилистами, они очень популярны у курьеров, а также у таксистов — особенно когда речь идет о крупных городах.

Функция местоположения используется в некоторых сервисах. Например, в социальной сети вы можете разместить фотографию и уточнить координаты, где она была только что запечатлена. Есть сервисы, которые позволяют отмечать свое местоположение не на простых картах, а в магазине или кафе — таким образом пользователь может послать свое сообщение друзьям и пригласить их.

Есть даже сервисы знакомств, основанные на местоположении пользователя в данный момент. Так, пользователь указывает, где он находится и на карте видит других пользователей. К примеру, пользователи могут познакомиться друг с другом, если они находятся в непосредственной близости на карте.

Есть ли недостатки у GPS?

Как таковых недостатков у GPS не существует, однако стоит помнить, что местоположение не всегда может быть достоверным, так как есть пределы погрешности. Для более точного позиционирования можно использовать сразу обе навигационных системы — GPS и ГЛОНАСС, тем более, что они обе используются во многих устройствах.

В остальном GPS имеет сплошные плюсы. К тому же система фактически никак не сказывается на стоимости устройства, что вы можете проследить по стоимости смартфонов: даже самые недорогие устройства оснащаются GPS.

Data-lazy-type="image" data-src="http://androidkak.ru/wp-content/uploads/2017/07/13777611-e1500752464590.jpg" alt="GPS навигация" width="300" height="169"> Как пользоваться GPS на Андроиде, интересует всех пользователей современных гаджетов. В большинстве смартфонов навигационная система встроена по умолчанию, и работает она достаточно точно. Чтобы иметь возможность использовать GPS, нужно просто включить в настройках мобильного телефона данную функцию и запустить приложение “Карты”. Программе достаточно нескольких секунд для определения точного местоположения.

Иногда случается, что навигатор не работает. В этом случае определить маршрут и местонахождение становится весьма проблематично. Важно знать, как правильно настроить Андроид, чтобы в любой момент можно было воспользоваться навигационной системой.

Этапы настройки GPS на телефоне

Для начала необходимо скачать специальные программы навигации, которые используют GPS-возможности и совместимы с вашей версией ОС Android. В любом телефоне, работающем на базе данной операционной системы, предустановлены GPS-навигаторы по умолчанию. Речь идет о Google Maps и Яндекс.Картах. К сожалению, иногда эти приложения подводят пользователей. Причина заключается в том, что заданы неверные опции. В случае если полученные данные не совсем верны или совершенно не совпадают с вашим местоположением, нужно изменить настройки системы. Делается это следующим образом:

Введите вручную правильные настройки виртуального COM-порта, который соединяет ваш мобильный телефон со встроенным GPS-приемником.
Очистите и обновите кэш-данные A-GPS при помощи любого доступного ПО. Для этой цели рекомендуется использовать GPS Status. Эта программа великолепно справляется с поставленной задачей при условии активного интернет-соединения.
Выйдите на открытую местность и покрутите мобильное устройство в разных направлениях. Желательно сделать по 3-4 оборота, чтобы убедиться в том, что система работает, как следует.
Чтобы увеличить производительность смартфона, попробуйте включить в настройках функцию “Беспроводные сети”. Она расположена в том же разделе, что и функция “Спутники GPS”.

После того как многие из нас с трудом запомнили аббревиатуру WAP, наступило время для задания посложнее. Скоро сотовые операторы и производители мобильных телефонов будут терпеливо учить нас без запинки произносить GPRS («джи-пи-эр-эс»).

Некоторым компаниям это особо хорошо удается. Однажды MTC объяснила, что авария, произошедшая у них, была вызвана неполадками при наладке GPRS-оборудования. Потом отличились производители сотовых телефонов, которые неожиданно обнаружили, что сотовые телефоны быстро перегреваются при GPRS-передаче данных. Как уж тут не запомнить четыре «зловещие» буквы. GPRS обозначает новый переходный стандарт, позволяющий в 12 раз повысить скорость приема/передачи данных в сетях GSM (с 9,6 до 115 Кбит/с, а по другим данным - до 171 Кбит/с). Причем «мобильный Интернет» должен стать не только «быстрее», но и значительно дешевле.

GPRS. Что это такое?

GPRS (General Packet Radio Service) - современный стандарт пакетной передачи данных по радиоканалу. Если у оператора сотовой связи (и, скажем, провайдера Интернета в одном лице) установлено оборудование с поддержкой GPRS, а вы купили мобильный телефон с GPRS-поддержкой, то это означает, что потенциально вы можете работать с Интернетом со скоростью 15 Кбайт/с (115 Кбит/с). Забегая вперед, сразу оговорюсь, что при этом вам не придется каждый раз устанавливать соединение - абонент как бы постоянно находится на связи с провайдером (в онлайне). Кто испугался, утешу: платить нужно будет не за время, проведенное в сети (или за эфирное время, как в случае с WAP), а лишь за реально отправленные или принятые данные. То есть тарифицироваться будут не секунды, а килобайты данных.

Считается, что 115 Кбит/с GPRS - это переходный стандарт. Его задача - подготовить почву для транзита к полноценным сетям третьего поколения, которые позволят с высокой скоростью передавать по радиоканалам не только Интернет-, но и мультимедийную информацию (включая режим видеотелефона). Уже в этом году предполагается рост объема трафика данных в сетях GSM на 100% - люди все чаще отправляют через сотовые телефоны факсы, работают с электронной почтой и Интернетом. Ожидается, что после введения наземных и спутниковых сегментов (до 2010 года) в сетях третьего поколения будет достигнута производительность до 64 Кбит/с - без ограничения подвижности абонентов, до 384 Кбит/с (48 Кбайт/с) - при ограниченной скорости перемещения (например, у пешеходов) и до 2 Мбит/с - при использовании стационарных сотовых телефонов. К сожалению, надежды на единый всемирный стандарт сотовой связи третьего поколения не оправдались. В товарищах согласья нет, поэтому стараниями конкурирующих телекоммуникационных концернов «третье поколение» (3G) сотовых сетей будет опираться на группу из нескольких стандартов. Поживем - увидим, что из этого получится. А пока нам за глаза хватит и возможностей GPRS.

Практический GPRS

Производители оборудования GPRS приводят яркие примеры использования GPRS-мобильников в ближайшем будущем. Особенно мне понравилась история о коммивояжере. Представьте, что торговый представитель получает на телефон весточку из главного офиса о том, что сегодня ему предстоит встреча с потенциальными покупателями. Коммивояжер не долго думая входит с коммуникатора (или ноутбука, соединенного с сотовым телефоном) в корпоративную базу данных, чтобы получить сведения о покупателях. Причем «входит» - не совсем точно сказано, поскольку его GPRS-телефон постоянно подключен к удаленной локальной сети. За считанные секунды продавец может просмотреть историю заказов, осведомиться о состоянии склада и получить дополнительную информацию о заказчиках. Все готово к встрече с клиентами. Звучит фантастично? Пока - да. Но техническая инфраструктура GPRS практически готова в большинстве европейских, латиноамериканских, азиатских стран и в России - по крайней мере, в ее столице.

Сотовые телефоны с поддержкой GPRS - это больная тема для операторов. Серверное оборудование для GPRS закуплено и смонтировано, а абонентских терминалов (трубок) как не было, так и нет. С WAP дело обстояло почти с точностью до наоборот. В чем же дело? Это можно объяснить только двумя причинами: при разработке телефонов с GPRS-поддержкой возникли серьезные технические трудности или сотовые GPRS-трубки получаются слишком дорогими для массового рынка. Серьезной критики ни одна из этих причин не выдерживает, но косвенные подтверждения им все-таки имеются. Как уже упоминалось в начале статьи, есть сведения, что GPRS-трубки при интенсивной работе с данными перегреваются, а возникающий уровень излучения превышает допустимые пределы. Оговорюсь, что это лишь «онлайновые» домыслы, доказательствами я не располагаю.

Однако GPRS-трубки в природе все-таки существуют. Самая известная из них - модель Ericsson R520, впервые продемонстрированная еще летом прошлого года в виде рабочего предпродажного образца. Производитель обещает развернуть массовые поставки уже в текущем квартале. Этот трехдиапазонный телефон (GSM 900/1800/1900) помимо GPRS поддерживает технологию радиообмена между цифровой электроникой Bluetooth. Встроенный WAP-браузер в сочетании со скоростью GPRS позволяет действительно комфортно просматривать WML-страницы в Интернете. Причем за очень небольшие деньги - размер этих страниц измеряется в нескольких килобайтах. Среди «некомпьютерных» возможностей этого телефона можно отметить громкую связь, инфракрасный порт и адресную книгу более чем на 500 записей. При габаритах 130×50×16 мм телефон весит всего 105 граммов. Ресурс аккумулятора: 7,5 - часов в режиме разговора и 8 дней - в режиме ожидания.

Довольно скоро на прилавках появится расширенная версия изящного телефона Alcatel One Touch 700, в списке возможностей которого будут числиться поддержка GPRS и Bluetooth. Аппарат, снабженный самой современной литий-полимерной батареей, весит 88 граммов и обеспечивает 5 часов работы в режиме разговора. Управление производится плоским пятипозиционным джойстиком, меню - анимированные. Особое внимание разработчики уделили расширенным функциям. Так, SMS с этого аппарата можно отправлять не одному, а сразу нескольким получателям (типа списка рассылки). В органайзере, синхронизирующемся с ПК, можно хранить 1200 записей. Плюс голосовой набор, плюс виброрежим… Словом, One Touch 700 - это самый продвинутый аппарат в современном модельном ряду Alcatel. К нему даже трудно что-либо добавить.

Среди доступных на сегодняшний день GPRS-адаптированных телефонов можно особо отметить трехдиапазонный Motorola Timeport 7389i, упоминания о специальных версиях которого мелькают в отчетах о тестировании серверного GPRS-оборудования. Странно, что в штатных спецификациях этой модели слово GPRS нигде не упоминается. Из этого я делаю вывод, что не все модели поддерживают высокоскоростную пакетную передачу данных. Timeport 7389i - аппарат не новый, но во всех отношениях удачный, как показало тестирование лаборатории «КомпьютерПресс». Особого упоминания заслуживает ЖК-дисплей Optimax c рефлективной подсветкой, то есть преломленные солнечные лучи дают эффект электрической подсветки экрана, что экономит заряд аккумуляторов. В эту модель не «втиснут» пока только Bluetooth. А все остальное есть - от голосового набора до инфракрасного порта.

Вообще, просмотр Web-каталогов производителей телефонов утверждает меня в мысли, что до бума GPRS осталось не меньше полугода, а силу этот процесс наберет лишь в начале 2002 года. Именно к тому времени производители реально способны предоставить достаточный выбор GPRS-терминалов.

GPRS в России

Надо сказать, что по темпам внедрения GPRS наша страна выглядит вполне достойно, ничем не уступая странам Латинской Америки и Юго-Восточной Азии. Еще в сентябре прошлого года российская компания - оператор MTC совместно с Motorola объявили о запуске в тестовую эксплуатацию первой в России сети GPRS. В тот момент 160 базовых станций МТС, установленных в Москве, стали способны работать в режиме пакетной передачи данных. Во время опытной эксплуатации сети GPRS использовались сотовые телефоны Motorola Timeport 7389i. Через этот аппарат «испытатели» могут подключить к Интернету свой ноутбук или электронный органайзер (например, Palm) и обеспечить таким образом постоянный беспроводной доступ к любым ресурсам Интернета, в том числе к электронной почте. При этом пользователям не потребуется предварительно дозваниваться до специального сервера или Интернет-провайдера - Интернет им доступен всегда. Любопытно, что телефонные аппараты Motorola Timeport, относящиеся к терминалам класса GPRS-B, позволят им звонить и принимать звонки, не прерывая соединения с Интернетом. В части, касающейся бизнес-приложений с использованием мобильного офиса (ноутбук плюс GPRS-терминал), сеть GPRS компании МТС теоретически обеспечивает возможность мгновенного подключения пользователей к локальным и корпоративным сетям (интранет). Интересно, что взамен обещанных 115 Кбит/с сегодняшняя GPRS-технология реально способна обеспечить скорость работы до 27 Кбит/с. Но уже в этом году GPRS-терминалы Motorola Timeport позволят передавать информацию со скоростью 56-64 Кбит/c. Ожидается, что к концу 2001 года МТС, используя оборудование компании Motorola, сможет предоставлять своим абонентам услуги и приложения под GPRS, работающие со скоростями до 86 Кбит/с. Аналогичные работы с сопоставимыми темпами по внедрению GPRS ведутся и вторым крупным российскими оператором - компанией «Вымпелком» (торговая марка «Би Лайн») на базе оборудования Ericsson. Еще не начавший привлечение абонентов московский оператор Sonic Duo (с участием финской компании Sonera) также подписал соглашение на поставку GPRS-оборудования шведской компании Ericsson. Словом, ждать осталось недолго. Ведь только с запуском GPRS в коммерческую эксплуатацию мы сможем получить честные ответы на два главных вопроса: насколько быстро работает и сколько реально стоит «мобильный Интернет» в переходном варианте.

КомпьютерПресс 2"2001

Сегодня мы поговорим о том, что такое GPS, как работает эта система. Уделим внимание развитию данной технологии, ее функциональным особенностям. Также обсудим, какую роль в работе системы играют интерактивные карты.

История появления GPS

История появления глобальной системы позиционирования, или определения координат, началась в США еще в далеких 50-х годах при запуске первого советского спутника в космос. Бригада американских ученых, следивших за запуском, заметила, что при отдалении спутник равномерно меняет свою частоту сигнала. После глубокого анализа данных они пришли к выводу, что при помощи спутника, если говорить более подробно, то его расположения и издаваемого сигнала, можно точно определить нахождение и скорость передвижения человека на земле, как и наоборот, скорость и нахождение спутника на орбите при определении точных координат человека. К концу семидесятых годов Минобороны США запустило систему GPS в своих целях, а еще через несколько лет она стала доступна для гражданского применения. Система GPS как работает сейчас? Точно так, как и работала в то время, по тем же принципам и основам.

Сеть спутников

Более двадцати четырех спутников, находящихся на околоземной орбите, передают радиосигналы привязки. Количество спутников варьируется, но на орбите всегда находится нужное их число для обеспечения бесперебойной работы, плюс некоторые из них есть в запасе, чтобы в случае поломки первых принять их функции на себя. Так как срок службы каждого из них приблизительно около 10 лет, производится запуск новых, модернизированных версий. Вращение спутников происходит по шести орбитам вокруг Земли на высоте менее 20 тысяч км, оно образует взаимосвязанную сеть, которой управляют станции GPS. Находятся последние на тропических островах и связаны с основным координационным центром в США.

Как работает GPS-навигатор?

Благодаря этой сети можно узнать местонахождение при помощи вычисления задержки прохождения сигнала от спутников, и при помощи этой информации определить координаты. Система GPS как работает сейчас? Как и любая сеть навигации в пространстве - она совершенно бесплатна. Она с высокой эффективностью работает при любых погодных условиях и в любое время суток. Единственная покупка, которая должна у вас быть, это сам GPS-навигатор или устройство, которое поддерживает функции GPS. Собственно, принцип работы навигатора строится на давно используемой простой схеме навигации: если точно знаете место, где находится маркерный объект, наиболее подходящий на роль ориентира, и расстояние от него до вас, нарисуйте окружность, на которой точкой обозначьте ваше месторасположение. Если радиус окружности велик, то замените ее прямой линией. Проведите несколько таких полос от возможного вашего расположения в сторону маркеров, точка пересечения прямых обозначит ваши координаты на карте. Вышеупомянутые спутники в таком случае как раз и играют роль этих маркерных объектов с расстоянием от вашего месторасположения около 18 тысяч км. Хотя вращение их по орбите и происходит с огромной скоростью, местоположение постоянно отслеживается. В каждом навигаторе установлен GPS-приемник, который запрограммирован на нужную частоту и находится в прямом взаимодействии со спутником. В каждом радиосигнале содержится определенное количество закодированной информации, которая включает в себя ведомости о техническом состоянии спутника, местонахождении его на орбите Земли и часовом поясе (точное время). К слову, информация о точном времени и является наиболее нужной для получения данных о ваших координатах: происходящее вычисление отрезка времени между отдачей и приемом радиосигнала умножается на скорость самой радиоволны и путем недолговременных подсчетов рассчитывается расстояние между вашим навигационным прибором и спутником на орбите.

Сложности синхронизации

Исходя из этого принципа навигации, можно предположить, что для точного определения ваших координат могут понадобиться всего два спутника, на основе сигналов которых легко будет найти точку пересечения, и в итоге — место, где вы находитесь. Но, к сожалению, технические причины требуют применения еще одного спутника как маркера. Главная проблема заключается в часах GPS-приемника, что не позволяет провести достаточную синхронизацию со спутниками. Причиной этому является разница в отображении времени (на вашем навигаторе и в космосе). На спутниках присутствуют дорогие высококачественные часы на атомной основе, что позволяет им вести подсчет времени с предельной точностью, тогда как на обычных приемниках такие хронометры применить попросту невозможно, так как габариты, стоимость, сложность в эксплуатации не позволили бы применять их повсюду. Даже малая ошибка в 0.001 секунды может сместить координаты более чем на 200 км в сторону!

Третий маркер

Так что разработчики решили оставить обычную технологию кварцевых часов в GPS-навигаторах и пойти по другому пути, если говорить точнее - использовать вместо двух ориентиров-спутников — три, соответственно, столько же линий для последующего пересечения. Решение проблемы строится на гениально простом выходе: при пересечении всех линий с трех обозначенных маркеров, даже при возможных неточностях, создается зона в форме треугольника, за центр которого берется его середина - ваше расположение. Также это позволяет выявить отличие во времени приемника и всех трех спутников (для которых отличие будет одинаковым), что позволяет скорректировать пересечение линий ровно в центре, проще говоря — это определяет ваши координаты GPS.

Одна частота

Следует также заметить, что все спутники посылают на ваше устройство информацию на одной частоте, и это довольно необычно. Как работает GPS-навигатор и как воспринимает всю информацию корректно, если все спутники беспрерывно и одновременно посылают на него информацию? Все довольно-таки просто. Передатчики на спутнике для определения себя посылают в радиосигнале еще и стандартную информацию, в которой находится зашифрованный код. Он сообщает максимум характеристик спутника и заносится в базу данных вашего устройства, что потом позволяет сверять данные со спутника с базой данных навигатора. Даже при большом количестве спутников в зоне досягаемости очень быстро и легко их можно определить. Все это упрощает всю схему и позволяет использовать в GPS-навигаторах меньшие по размеру и более слабые антенны приема, что удешевляет и уменьшает дизайн и габариты устройств.

GPS-карты

Карты GPS загружаются на ваше устройство отдельно, так как вы сами влияете на выбор местности, по которой хотите передвигаться. Система всего лишь устанавливает ваши координаты на планете, а уже функцией карт является воссоздание на экране графической версии, на которую наносятся координаты, что и позволяет вам ориентироваться на местности. GPS как работает в данном случае? Бесплатно, это так и продолжает оставаться в таком статусе, карты в некоторых интернет-магазинах (и не только) все же платные. Зачастую для прибора с GPS-навигатором создаются отдельные приложения для работы с картами: как платные, так и бесплатные. Разновидность карт приятно удивляет и позволяет настроить дорогу из точки A в точку Б максимально информативно и со всеми удобствами: какие достопримечательности вы будете проезжать, кратчайший путь до пункта назначения, голосовой помощник, указывающий направление и другие.

Дополнительное GPS-оборудование

Применяется система GPS не только для указания вам нужного пути. Она позволяет производить слежку за объектом, на котором может находиться так называемый маячок, или GPS-трекер. Состоит он из самого приемника сигналов и передатчика на основе gsm, 3gp или иных протоколов связи для передачи информации о расположении объекта в сервисные центры, осуществляющие контроль. Применяются они во многих отраслях: охранной, медицинской, страховой, транспортной и многих других. Также существуют автомобильные трекеры, которые подключаются исключительно к автомобилю.

Путешествия без проблем

С каждым днем значения карты и бессменного компаса уходят все дальше в прошлое. Современные технологии позволяют человеку проложить дорогу для своего странствия с минимальными потерями времени, усилий и средств, при этом увидеть наиболее захватывающие и интересные места. То, что было фантастикой около столетия назад, сегодня стало реальностью, и воспользоваться этим может практически каждый: от военных, моряков и пилотов самолетов до туристов и курьеров. Сейчас большую популярность набирает и использование этих систем для коммерческой, развлекательной, рекламной отраслей, где каждый предприниматель может указать себя на глобальной карте мира, и его будет совсем нетрудно найти. Надеемся, что эта статья помогла всем, кто интересуется тем, GPS - как работает, по какому принципу происходит определение координат, какие его сильные и слабые стороны.

Спутниковая навигация GPS давно уже является стандартом для создания систем позиционирования и активно применяется в различных трекерах и навигаторах. В проектах Arduino GPS интегрируется с помощью различных модулей, не требующих знания теоретических основ. Но настоящему инженеру должно быть интересно разобраться со принципом и схемой работы GPS, чтобы лучше понимать возможности и ограничения этой технологии.

Схема работы GPS

GPS – это спутниковая навигационная система, разработанная Министерством обороны США, которая определяет точные координаты и время. Работает в любой точке Земли в любых погодных условиях. GPS состоит из трех частей – спутников, станций на Земле и приемников сигнала.

Идея создания спутниковой навигационной системы зародилась еще в 50-е годы прошлого столетия. Американская группа ученых, наблюдающая за запуском советских спутников, заметила, что при приближении спутника частота сигнала увеличивается и уменьшается при его отдалении. Это позволило понять, что возможно измерить положение и скорость спутника, зная свои координаты на Земле, и наоборот. Огромную роль в развитии навигационной системы сыграл запуск спутников на низкую околоземную орбиту. А в 1973 году была создана программа «DNSS» («NavStar»), по этой программе спутники запускались на среднюю околоземную орбиту. Название GPS программа получила в том же 1973 году.

Система GPS на данный момент используется не только в военной области, но и в гражданских целях. Сфер применения GPS много:

Мобильная связь;
Тектоника плит – происходит слежение за колебаниями плит;
Определение сейсмической активности;
Спутниковое отслеживание транспорта – можно проводить мониторинг за положением, скоростью транспорта и контролировать их движение;
Геодезия – определение точных границ земельных участков;
Картография;
Навигация;
Игры, геотегинт и прочие развлекательные области.

Важнейшим недостатком системы можно считать невозможность получения сигнала при определенных условиях. Рабочие частоты GPS лежат в дециметровом диапазоне волн. Это приводит к тому, что уровень сигнала может снизиться из-за высокой облачности, плотной листвы деревьев. Радиоисточники, глушилки, а в редких случаях даже магнитные бури также могут мешать нормальной передаче сигнала. Точность определения данных будет ухудшаться в приполярных районах, так как спутники невысоко поднимаются над Землей.

Навигация без GPS

Основным конкурентом GPS является российская система ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система). Свою полноценную работу система начала с 2010 года, попытки активно использовать ее предпринимались с 1995 года. Существует несколько отличий между двумя системами:

Разные кодировки – американцы используют CDMA, для российской системы используется FDMA;
Разные габариты устройств – ГЛОНАСС использует более сложную модель, поэтому повышается энергопотребление и размеры устройств;
Расстановка и движение спутников на орбите – российская система обеспечивает более широкий охват территории и более точное определение координат и времени.
Срок службы спутников – американские спутники делаются более качественными, поэтому они служат дольше.

Помимо ГЛОНАСС и GPS существуют и другие менее популярные навигационные системы – европейский Galileo и китайский Beidou.

Описание GPS

Принцип работы GPS

Работает система GPS следующим образом – приемник сигнала измеряет задержку распространения сигнала от спутника до приемника. Из полученного сигнала приемник получает данные о местонахождении спутника. Для определения расстояния от спутника до приемника задержка сигнала умножается на скорость света.

С точки зрения геометрии работу навигационной системы можно проиллюстрировать так: несколько сфер, в середине которых находятся спутники, пересекаются и в них находится пользователь. Радиус каждой из сфер соответственно равен расстоянию до этого видимого спутника. Сигналы от трех спутников позволяют получить данные о широте и долготе, четвертый спутник дает информацию о высоте объекта над поверхностью. Полученные значения можно свести в систему уравнений, из которых можно найти координату пользователя. Таким образом, для получения точного местоположения необходимо провести 4 измерения дальностей до спутника (если исключить неправдоподобные результаты, достаточно трех измерений).

Поправки в полученные уравнения вносит расхождение между расчетным и фактическим положением спутника. Погрешность, которая возникает в результате этого, называется эфемеридной и составляет от 1 до 5 метров. Также свой вклад вносят интерференция, атмосферное давление, влажность, температура, влияние ионосферы и атмосферы. Суммарно совокупность всех ошибок может довести погрешность до 100 метров. Некоторые ошибки можно устранить математически.

Чтобы уменьшить все погрешности, используют дифференциальный режим GPS. В нем приемник получает по радиоканалу все необходимые поправки к координатам от базовой станции. Итоговая точность измерения достигает 1-5 метров. При дифференциальном режиме существует 2 метода корректировки полученных данных – это коррекция самих координат и коррекция навигационных параметров. Первый метод использовать неудобно, так как все пользователи должны работать по одним и тем же спутникам. Во втором случае значительно увеличивается сложность самой аппаратуры для определения местоположения.

Существует новый класс систем, который увеличивает точность измерения до 1 см. Огромное влияние на точность оказывает угол между направлениями на спутники. При большом угле местоположение будет определяться с большей точностью.

Точность измерения может быть искусственно снижена Министерством обороны США. Для этого на устройствах навигации устанавливается специальный режим S/A – ограниченный доступ. Режим разработан в военных целях, чтобы не дать противнику преимущества в определении точных координат. С мая 2000 года режим ограниченного доступа был отменен.

Все источники ошибок можно разделить на несколько групп:

Погрешность в вычислении орбит;
Ошибки, связанные с приемником;
Ошибки, связанные с многократным отражением сигнала от препятствий;
Ионосфера, тропосферные задержки сигнала;
Геометрия расположения спутников.

Основные характеристики

В систему GPS входит 24 искусственных спутника Земли, сеть наземных станций слежения и навигационные приемники. Станции наблюдения требуются для определения и контроля параметров орбит, вычисления баллистических характеристик, регулировка отклонения от траекторий движения, контроль аппаратуры на бору космических аппаратов.

Характеристики навигационных систем GPS :

Количество спутников – 26, 21 основной, 5 запасных;
Количество орбитальных плоскостей – 6;
Высота орбиты – 20000 км;
Срок эксплуатации спутников – 7,5 лет;
Рабочие частоты – L1=1575,42 МГц; L2=12275,6МГц, мощность 50 Вт и 8 Вт соответственно;
Надежность навигационного определения – 95%.

Навигационные приемники бывают нескольких типов – портативные, стационарные и авиационные. Приемники также характеризуются рядом параметров:

Количество каналов – в современных приемников используется от 12 до 20 каналов;
Тип антенны;
Наличие картографической поддержки;
Тип дисплея;
Дополнительные функции;
Различные технические характеристики – материалы, прочность, защита от влаги, чувствительность, объем памяти и другие.

Принцип действия самого навигатора – в первую очередь устройство пытается связаться с навигационным спутником. Как только связь будет установлена, происходит передача альманаха, то есть информации об орбитах спутников, находящихся в рамках одной навигационной системы. Связи с одним только спутником недостаточно для получения точного местоположения, поэтому оставшиеся спутники передают навигатору свои эфемериды, необходимые для определения отклонений, коэффициентов возмущения и других параметров.

Холодный, теплый и горячий старт GPS навигатора

Включив навигатор впервые или после долгого перерыва, начинается долгое ожидание для получения данных. Долгое время ожидания связано с тем, что в памяти навигатора отсутствуют либо устарели альманах и эфемериды, поэтому устройство должно выполнить ряд действий по получению или обновлению данных. Время ожидания, или так называемое время холодного старта, зависит от различных показателей – качество приемника, состояние атмосферы, шумы, количество спутников в зоне видимости.

Чтобы начать свою работу, навигатор должен:

Найти спутник и установить с ним связь;
Получить альманах и сохранить его в памяти;
Получить эфемериды от спутника и сохранить их;
Найти еще три спутника и установить с ними связь, получить от них эфемериды;
Вычислить координаты при помощи эфемерид и местоположения спутников.

Только пройдя весь этот цикл, устройство начнет работать. Такой запуск и называется холодным стартом .

Горячий старт значительно отличается от холодного. В памяти навигатора уже имеется актуальный на данный момент альманах и эфемериды. Данные для альманаха действительны в течение 30 дней, эфемерид – в течение 30 минут. Из этого следует, что устройство выключалось на непродолжительное время. При горячем старте алгоритм будет проще – устройство устанавливает связь со спутником, при необходимости обновляет эфемериды и вычисляет местоположение.

Существует теплый старт – в этом случае альманах является актуальным, а эфемериды нужно обновить. Времени на это затрачивается немного больше, чем на горячий старт, но значительно меньше, чем на холодный.

Ограничения на покупку и использование самодельных модулей GPS

Российское законодательство требует от производителей уменьшать точность определения приемников. Работать с незагрубленной точностью может производиться только при наличии у пользователя специализированной лицензии.

Под запретом в Российской Федерации находятся специальные технические средства, предназначенные для негласного получения информации (СТС НПИ). К таковым относятся GPS трекеры, которые используются для негласного контроля над перемещением транспорта и прочих объектов. Основной признак незаконного технического средства – его скрытность. Поэтому перед приобретением устройства нужно внимательно изучить его характеристики, внешний вид, на наличие скрытых функций, а также просмотреть необходимые сертификаты соответствия.

Также важно, в каком виде продается устройство. В разобранном виде прибор может не относиться к СТС НПИ. Но при сборе готовое устройство уже может относиться к запрещенным.